【導(dǎo)讀】除文中已經(jīng)加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含其他個人或集體己經(jīng)。對本文的研究作出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人承擔(dān)本聲明的法律責(zé)任。國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。船舶在交通運輸中依然保持著重要的地位。隨蓍電子信息技術(shù)和計算機技術(shù)的快速。要求,電站又是船舶的關(guān)鍵部位之一，船舶電站自動化監(jiān)控系統(tǒng)承載著非常重要的角色。通信連接^論文設(shè)計了該電站自動化監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的釆集以及對相關(guān)設(shè)備的控制。了船舶電站的自動控制；利用MCGS工控組態(tài)軟件設(shè)計了上位機監(jiān)控軟件，人機界面友好，效解決各種千擾對電氣設(shè)備的影響，以提高電站供電的穩(wěn)定性與可靠性。

　　

【正文】 果：當(dāng)待并機組跟電網(wǎng)有相位差時，會產(chǎn)生很大 的沖擊電流：當(dāng)待 并機組跟電網(wǎng)之間的相差較大時，過大的電壓差將在并車時產(chǎn)生很大的 沖擊電流，導(dǎo)致發(fā)電機輸入上會形成很大的沖擊轉(zhuǎn)矩 ， 而船舶機組的轉(zhuǎn)動慣性一般不大 , 兩臺機組間的轉(zhuǎn)子容易發(fā)生扭軸：當(dāng)待并機組與電網(wǎng)有頻差過大時，自整步作用又不夠 , 將造成機組跳閘，甚至整所船斷電，無法保證船舶的安全性。 設(shè)待并發(fā)電機的瞬時電壓 =^sin(6)r/+v/0i?)187。 =V+V^h)， 其中 g代表待并發(fā)電機， n代表電網(wǎng) ,0)角頻率 ， ％初相位。待并發(fā)電機與運行機組之間并車 條件為： (1) 待并機組的電壓與電網(wǎng)電壓一致，即 (2) 待并機 組的相位與電網(wǎng)相位一致，即 5= 1^^=0。(辦為相差角 ） (3) 待并機組的頻率與電網(wǎng)頻率一致，即 amp。 =/〃 待并發(fā)電機電壓相量與電網(wǎng)電壓相量完全重合則需滿足上面三個條件 ,此時并車的沖 擊電流為零，這種為理想的準同步并車。但實際是不可能的，只能要求電壓差、相位差和 頻率差都在規(guī)定的允許范圍內(nèi)就可合閘并車 . 電壓差過大會產(chǎn)生很大的沖擊電流 ， 在并車操作中壓差要小于土 10%B相位差過大導(dǎo) 致壓差 AU 也大，由此產(chǎn)生的沖擊電流在機軸上發(fā)生大的沖擊轉(zhuǎn)矩 ， 對于慣性不大的船用 電機來說很容易使轉(zhuǎn)子扭曲 ， 相位差一般在 土 15176。 以內(nèi)。頻率相差太大時自整定不能完全 發(fā)揮作用，因失步而跳閘 ?甚至整個電網(wǎng)失電，威脅到船舶的安全行駛 ,一般頻差在 177。 以內(nèi)。由此可知，不存在理想的并車，只要既能實現(xiàn)并車，又不損壞發(fā)電機組就可以了。 實際并車條件歸總?cè)缦拢? ^U\U^U2\^177。\0%U 4r=t/i/2l^177。 (31) S =15,1 165。177。 15. 浙江工業(yè)大學(xué)碩 i?學(xué)位論文 自動準同步并車裝置 根據(jù)檢測到的待并機組與電網(wǎng)的電壓差、頻率差以及相位差，并車裝置判斷每個條件 是否符合，假如都不符合禁止并車。假設(shè)其他條件符合，只 有頻率差沒有達到要求，根據(jù) 頻差的正負大小來調(diào)節(jié)發(fā)電機的速度，調(diào)節(jié)速度也就是調(diào)節(jié)頻率 （ / = 77/7/60),直到頻 差符合條件。只有相位不符合時，捕捉相位條件直到條件滿足。當(dāng)所有的條件都滿足時 , 發(fā)合閘指令，但電機開關(guān)有固有延時時間 ， 需要在指令前有一個提前量，保證以最小的相 位差并車，減小沖擊電流對設(shè)備的影響 這里就提前量的獲取作詳細的分析。發(fā)電機主開關(guān)在接到合閘信號到主觸頭閉合需要 一定的時間，假設(shè)沒有一個提前量，那么主開關(guān)就會錯過相角差為零的時刻 .這就需要在 差頻脈沖電壓過零之前發(fā)出指令，有兩種裝置 ：恒定超前時間和恒定超前相角。 (1)恒定超前時間 可采用復(fù)合微分電路使差頻電壓提前過零 ， 然后用電平檢測器檢零，提前發(fā)出合閘指 令。這種設(shè)計可以保證在規(guī)定的越前時間內(nèi)發(fā)出指令 ， 但也存在一定的誤差 ， 包括自動裝 187。檢測誤差、主開關(guān)動作誤差、電網(wǎng)可能存在的頻率不穩(wěn)定等誤差 ， 而且也延長了并車時 (2)恒定超前相角 不同差頻條件下，相角的提前量容易獲取。 r,代表主幵關(guān)固有動作時間， b 代表并車 裝置的動作時間， k代表提前量時間， \代表并車允許的頻率差。 bp (32) 其中 兩種方法的提前量獲取并沒有本質(zhì)的區(qū)別，本系統(tǒng)采用恒定超前相角裝置來獲取提前 量時間 ， 保證系統(tǒng)的正常運行。 基于差頻電壓原理得到的各種電壓信號都是模擬量，需要專門的電路來采集，變換過 程中會有一定的變形 ， 造成測量誤差，這些問題實際上是可以由 PLC控制器來解決 。對于 數(shù)字化自動并車裝 *來說 ,只需執(zhí)行三大步 (頻率檢測、待并機組頻率調(diào)整、相位差檢測 ), 就可實現(xiàn)并車功能，而且不需要 A/D、 D/A變換，結(jié)構(gòu)簡單。 浙江工業(yè)大學(xué)碩 i?學(xué)位論文 電壓及無功功率自動調(diào)整 由于并聯(lián)運行的同步發(fā)電機間的電勢不相等 .導(dǎo)致環(huán)流產(chǎn)生與直流電機不同，直 流電機間的環(huán)流影響的是有功功率的分配 ， 而交流電機的環(huán)流主要影響無功功率的分配。 與并車時產(chǎn)生的沖擊電流相比，運行時的沖擊電流要小的多 ， 環(huán)流回路呈純電感性 ， 為滯 后的無功電流。 通過改變發(fā)電機的勵磁電流可實現(xiàn)對無功功率的 調(diào)整。并聯(lián)運行時電網(wǎng)上的機組端電 壓是相同的，但電勢隨著承擔(dān)的無功功率的不同而不同 ， 可通過歷次電流改變。無功功率 的自動分配可通過均壓線、環(huán)流補償裝置或者帶差動電流互感器的環(huán)流補償裝置來實現(xiàn)。 電壓調(diào)整可通過線性回歸法。當(dāng)并聯(lián)運行時 ,某臺機組所承擔(dān)的無功功率過多或過少 , 說明它的電壓調(diào)整曲線要比其他機組的特性曲線硬 ,可通過調(diào)節(jié)環(huán)流補償裝置中的可調(diào)電 阻，改變電壓調(diào)整特性的頻率。在自動控制系統(tǒng)中，這些環(huán)節(jié)可通過發(fā)電機主開關(guān)中的常 閉副觸電來實現(xiàn)， 頻率及有功功率自動調(diào)整 船舶電站負載突然變化時，破壞了原動機的驅(qū)動功率與機組負載功率的平衡 ， 引起發(fā) 電機組轉(zhuǎn)速的變化，電網(wǎng)頻率隨之改變 (/np/60), 電力系統(tǒng)運行的兩項質(zhì)童指標是電壓和頻率，所以頻率要保持穩(wěn)定 ， 波動盡量控制在 很小的范圍內(nèi)。頻率波動會影響船舶電站的可靠運行，除了干擾設(shè)備的正常工作外還導(dǎo)致 電動機運行惡化。低于電網(wǎng)額定頻率時 ， 轉(zhuǎn)速降低，輸出功率減少。當(dāng)磁化曲線飽和，磁 化電流增加要比磁通增加的多，引起繞組和鐵芯發(fā)熱。高于電網(wǎng)額定頻率時 ， 電動機轉(zhuǎn)速 升高，力矩不變情況下輸出功率增加，電機過載；端電壓不變 的情況下磁通減少，起動轉(zhuǎn) 矩降低⑷， 要保持電網(wǎng)電壓的恒定需要隨時調(diào)節(jié)原動機的轉(zhuǎn)速 ,柴油機噴油量的大小決定了一定 轉(zhuǎn)速下的輸出功率。對于并聯(lián)運行機組來說，每臺發(fā)電機輸出功率都由自身的頻率決定 , 頻率與有功功率的分配是相關(guān)聯(lián)的。同一類型發(fā)電機并聯(lián)運行功率應(yīng)該平均分配，不同類 型的發(fā)電機應(yīng)該按各自的容量來分配負荷。 各機組所承擔(dān)的有功負載與總負載按機組額定比例分配值之差 ， 應(yīng)該在一定范圍內(nèi) , 數(shù)據(jù)如下： (1) 各個機組額定有功功率的 177。 25%。 浙江工業(yè)大學(xué)碩 i?學(xué)位論文 (2) 最大機組額定有功功率的 177。 15%。 在船舶電站中 ， 頻率的調(diào)整和 有功功率分配依靠原動機調(diào)速器的調(diào)節(jié)。船級社規(guī)定 : 突然卸去負荷 ， 原動機瞬間調(diào)速率小于 10%:穩(wěn)定調(diào)速率小于 5%. 其它監(jiān)控功能的實現(xiàn)策略 發(fā)電機組的自動起動 自動起動裝置接到起動指令后立即投入工作 176。 】 ,完成起動準備、起動和報警各項任務(wù) , 使起動操作過程自動化，在電站中某臺柴油發(fā)電機組發(fā)生故陣的情況下，備用機組不僅應(yīng) 該自動起動，而且必須起動迅速。起動后能自動投入電網(wǎng)工作 ， 這樣不僅為迅速供電 ， 為 航行安全提供了保證 ， 同時又能使故障機自動停機。起動過程為 電網(wǎng)電壓消失 0? 1分鐘 后，自動起動模塊投入工作，機組低速起動 (可連續(xù)起動三次 )， 然后加速至全速。若三次 啟動均失敗，裝置停止工作 ， 發(fā)出聲、光報警。正常運行時，油壓、水溫不符合要求時 , 也指示報瞀。 當(dāng)船舶電網(wǎng)恢復(fù)供電以后，自動裝置立即使應(yīng)急發(fā)電機停車，一切恢復(fù)原始狀態(tài)，以 備下次工作。 ? 單機運行監(jiān)控 在艦船電力系統(tǒng)僅有一臺發(fā)電機運行時，系統(tǒng)自動檢測此時的電網(wǎng)電壓和頻率。當(dāng)電 壓超出允許范圍時，發(fā)出報警信號：當(dāng)頻率偏高額定值超過允許范圍時 ， 根據(jù)偏差大小自 動地選擇不同的脈寬進行調(diào)速，直至頻率符 合要求為止。 重載詢問 即對大功率負荷投入時進行管理。電網(wǎng)功率富裕時可直接合上大功率設(shè)備，負荷率在 以內(nèi)。但是對于某些具有特大負荷的船舶來說，當(dāng)某些大功率設(shè)備，如集裝箱船上的 側(cè)推器 ， 請求起動時還會產(chǎn)生增加兩臺備用機組的命令。所以在啟動大功率設(shè)備前都要進 行系統(tǒng)詢問，檢測此時電網(wǎng)的功率是否符合啟動 . 系統(tǒng)抗干擾能力問題 監(jiān)控系統(tǒng)的研制到實際應(yīng)用的過程中，一個需要重點解決的問題，就是抗干擾，同浙江工業(yè)大學(xué)碩 i?學(xué)位論文 時 , 這也是追求系統(tǒng)可靠性的重要手段對于艦船應(yīng)用設(shè)備來說 ，它將受到許多的外界環(huán)境 因素影響。而其中影響最大的是電磁干擾，大約占整個干擾源的 70%。 對工業(yè) PC 機來說 ， 它是在內(nèi)部時鐘節(jié)拍監(jiān)控下 ， 以極高的速度工作的，工作頻率越 高，內(nèi)外的干擾就越大。在系統(tǒng)設(shè)計中所選用的工控機的主頻是 166MHz,試驗中可以較 好地進行實時監(jiān)控。因此，系統(tǒng)配《的工控機建議在主頻為 100? 166 MHz下工作 ， 并且 盡量使外頻低一些，倍頻高一些，這既能保證可靠性，又能降低千擾 C 不間斷電源 （ Uninterruptible Power System)裝置的特點室當(dāng)電網(wǎng)不正?；虬l(fā)生中斷 故陣室，能夠不間斷地提供高性能指標和高可靠性地電源 U2】 .利用不間斷電源 （ UPS)既可 以保證系統(tǒng)監(jiān)控核心的正常工作，又可以提供優(yōu)質(zhì)的電力，減少對微機的電磁干擾，工業(yè) 監(jiān)控機的特殊電源在一定程度上也起到相同的作用。 組成網(wǎng)絡(luò)的雙絞線具有很強的抗干擾能力 ， 但在敷設(shè)時，應(yīng)該注意雙絞線與電磁干擾 的距離。 小結(jié) 本章主要對船舶電站自動化系統(tǒng)中的并車情況進行了詳細的分析，研究了并車的方 法、并車的條件，通過對待并發(fā)電機與電網(wǎng)間的電壓差、頻率差、相位差的分析 ， 詳解了 在不 同滿足其中之一條件下所產(chǎn)生的問題。再者分析了并車運行后電壓及無功功率自動調(diào) 整、頻率及有功功率自動調(diào)整，對其他的模塊作了簡單的分析，并對干擾問題提出了解決 方案。第 4 章電站自動化系統(tǒng)的 PLC 設(shè)計 PLC 編程語言 PLC 的匯編語言一共有 5種 ： 梯形圖、順序功能圖、指令表、功 能塊圖、結(jié)構(gòu)文本 . 其中梯形圖和指令表是最常用的匯編語言 fw)。 梯形圖是 PLC使用最廣泛的編程語言，它的界面與電氣控制的流程非常的相似，工程 技術(shù)人員很容易掌握 ， 可以快速的開發(fā) ，有單 片機基礎(chǔ)的人員開發(fā)起來非常方面 ， 在理解方面也會非?？焖佟５侵噶畋黹喿x不容易一 目了然 ， 最好有相應(yīng)的流程說明來方便記憶。指令表能夠使用操作器來現(xiàn)場修改指令，可 以脫離計算機編程。各個廠家的 PLC 編程只能使用自身開發(fā)的軟件 * 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 編程指令：跟單片機類似 ， PLC里的數(shù)據(jù)寄存器相當(dāng)于單片機的 RAM數(shù)據(jù)存儲器。指 令就是告訴 PLC 該怎么做，使用的也是二進制， 8位代表一個字節(jié)， 16 位組成一個字。 指令系統(tǒng)：整個 PLC 的指令集就是指令系統(tǒng)，它是一個整體 ， 包括指令如何執(zhí)行、執(zhí) 行的順序，最終能夠?qū)崿F(xiàn) PLC 的功能。 程序：指 PLC指令的有序集合。用指令表編的程序不容易閱讀，大多數(shù)復(fù)雜的程序使 用的編程語言還是梯形圖。 梯形圖 :就是利用 PLC的梯形圖符號來連接輸入輸出 ,與繼電器控制電氣的方式相近 , 有前后順序，而且梯形圖里使用了跟實際繼電器相同的符號 M,包括輸入繼電器、輸出繼 電器、輔助繼電器等 ， 要注意的 是它并不是物理繼電器，只是軟件里使用的編程語言。梯 形圖特別適用在開關(guān)量邏輯控制。梯形圖中的常開和常閉開關(guān)可以被無限制的適用。注意 的是輸入繼電器不能出現(xiàn)在梯形圖中，它取決于外部電路的通斷。 PLC 監(jiān)控系統(tǒng)程序總體框架 本文用模塊結(jié)構(gòu)分析下位機 PLC的各監(jiān)控個程序子程序采用模塊化結(jié)構(gòu)，運行 時便于主程序的調(diào)用。對于軟件工程來說，維修費用占整個開發(fā)系統(tǒng)的 90%以上的資金， 一個好的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計不僅使程序的運行可靠性增高 ， 而且后期的維護方便。整個船舶 電站自動 化系統(tǒng)要做的工作如下：采集來自各柴油機、發(fā)電機、斷路器、匯流排以及各主浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 咍解 .劃 塊 I 要負載的參數(shù) ， 信號處理板加以分析 ， 把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成工業(yè)的標準信號輸給 PLC 判斷，在一 定條件下，自動的采取符合邏輯的措施 ， 處理電站運行中可能發(fā)生的故陣情況，確保電力 系統(tǒng)安全可靠、經(jīng)濟的運行。本系統(tǒng)的主要模塊有：機組的自起動模塊、自動并車模塊、 自動調(diào)頻調(diào)頻模塊、重載詢問模塊、自動解列模塊等。 MJm LMLJ —— 圖 PLC 監(jiān)控系統(tǒng)流程圖 如圖 所示。 一， 當(dāng)程序起動后 ， 先進行初始化 ， 設(shè)置各類起動條件后開始運行狀 態(tài)監(jiān)測。二，首次起動發(fā)電機無需考慮并車模塊的條件 ， 每臺發(fā)電機都有三次起動機會 , 第一臺起動失敗后程序轉(zhuǎn)入起動第二臺機組，再次失敗再起動備用電機，如果三臺都失敗 則報 *。三，任一臺發(fā)電機起動成功后合閘供電 ， 循環(huán)監(jiān)測是否重載，如重載再調(diào)用并車 模塊。四 ，監(jiān)測待并發(fā)電機與電網(wǎng)的電壓差、頻率差、相位差 ， 調(diào)用自動調(diào)頻模塊，三個 條件都符合后并上電網(wǎng)運行供電，如此臺發(fā)電機不符合條件，則啟用備用發(fā)電機 .五，并 示備 顯動組 繁起機 報并用 浙江工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文 車條件符合后調(diào)用自動并車模塊，運行后調(diào)用自動調(diào)頻調(diào)載模塊，維護發(fā)電機供電平衡。 六，隨時檢測運行狀態(tài)，觀測是否有輕載、重載或者故陣發(fā)生，如輕載 ， 則調(diào)用自動解列 模塊，開閘停機，實現(xiàn)經(jīng)濟運行。重載則再次調(diào)用自動并車模塊。七，故障停車或者是啟 動失敗都設(shè)置聲光報警，最好程序返回。以上七步就是船舶電站自動化系統(tǒng)運行的整體過 程。